Guía completa: La impresión 3D de cromo cobalto, ¡te explicamos todo!

El cromo cobalto es una aleación metálica que ha ganado relevancia en diversas aplicaciones industriales, especialmente en el ámbito de la fabricación aditiva. Con una combinación única de resistencia y durabilidad, el cromo cobalto es ideal para la creación de piezas que requieren alta precisión y resistencia en condiciones exigentes, como componentes médicos y dentales. Esta aleación destaca no solo por sus propiedades mecánicas excepcionales, sino también por su capacidad para ser moldeada en formas complejas mediante impresión 3D, lo que abre nuevas posibilidades en el diseño y fabricación de piezas personalizadas. En esta guía, exploraremos las propiedades del cromo cobalto, sus beneficios en la impresión 3D, así como las principales aplicaciones y fabricantes de este material en el mercado.

Características del material

Esta aleación metálica (CoCr) está principalmente formada, como su nombre indica, por los elementos químicos de cromo y cobalto. También cuenta con una pequeña proporción de otros elementos químicos, como el molibdeno, el tungsteno, y el níquel. Se trata de una aleación no magnética que se obtiene a través de procesos metalúrgicos avanzados que implican la fusión del cobalto y el cromo, junto con los otros elementos que mejoran sus propiedades mecánicas y de resistencia. Uno de los métodos más comunes para su obtención es la fusión en horno eléctrico, en el cual se funden estos metales a altas temperaturas utilizando hornos de inducción o de arco eléctrico. En algunos casos, una vez obtenida la aleación líquida, se puede someter a un proceso de forja, que consiste en calentar y moldear el material mediante la aplicación de presión.

Este material se caracteriza por su resistencia y durabilidad.

Sin embargo, cuando se requiere en polvo metálico para aplicaciones de impresión 3D, la aleación de cromo cobalto también puede obtenerse mediante pulverización. En este proceso, la aleación se convierte en partículas finas a través de técnicas de atomización o pulverización, lo que permite su posterior uso en tecnologías de fabricación aditiva basadas en lecho de polvo. Estas técnicas permiten crear piezas complejas a partir de polvo metálico, proporcionando mayor flexibilidad en el diseño y la fabricación de componentes de alta precisión. Entre algunas de las características más destacadas del cromo cobalto, encontramos:

• Resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes hostiles, como aquellos con alta concentración de cloruros. Esta característica es particularmente importante en aplicaciones médicas, donde el contacto con fluidos corporales es constante.
• Alta dureza y resistencia mecánica, lo cual convierte a esta aleación en una opción ideal para piezas sometidas a cargas mecánicas severas. Además, su capacidad para mantener la integridad estructural incluso a temperaturas elevadas es una ventaja significativa.
• Biocompatibilidad. Gracias a su resistencia a la corrosión y la estabilidad química, la aleación de cromo cobalto es altamente biocompatible. Por ello, no suele causar reacciones adversas en el cuerpo humano, lo que la hace apta para su uso en la medicina.
• Alta conductividad térmica, lo que le permite disipar el calor de manera eficiente en ciertas aplicaciones.

• Estabilidad a altas temperaturas, es decir, que tiene una gran resistencia a la deformación en temperaturas elevadas. Esto hace que sea ideal para su uso en componentes que operan en condiciones de calor extremo.

Impresión 3D con cromo cobalto

La aleación de cromo cobalto se puede utilizar en la fabricación aditiva, en forma de polvo, para la creación de piezas con geometrías complejas. Este material, es compatible principalmente con procesos como la fusión láser por lecho de polvo (L-PBF), la fusión por haz de electrones (EBM) o la tecnología Selective Laser Melting (SLM). El punto de fusión de la aleación de cromo cobalto está en torno a los 1200-1400°C, dependiendo de la composición exacta de la aleación. Este es un punto de fusión bastante alto en comparación con otros metales comúnmente utilizados en impresión 3D, como el aluminio o el acero inoxidable. Debido a esto, el proceso de impresión 3D con cromo cobalto debe realizarse a temperaturas elevadas, lo que requiere un control preciso del ambiente de impresión y un equipo de alta calidad.

La aleación de cromo cobalto es compatible con tecnologías basadas en lecho de polvo. (Créditos: Eplus3D)

El uso de aleación de cromo cobalto en la impresión 3D presenta algunas consideraciones técnicas específicas debido a sus propiedades físicas y químicas. Al ser una aleación de alta temperatura de fusión, la energía del láser debe ser ajustada para evitar la evaporación o la fusión inadecuada del material. Además, dado que la aleación contiene cromo, un metal altamente reactivo, se deben tomar precauciones adicionales para controlar el ambiente de impresión. Se recomienda utilizar atmósferas inertes de argón o nitrógeno para evitar reacciones indeseadas con el oxígeno. Otro aspecto importante es la fluidez del polvo. El cromo cobalto tiene una fluidez menor en comparación con otros metales, lo que puede generar desafíos en la distribución uniforme del polvo durante el proceso de fabricación. Para superar esto, se necesitan parámetros de impresión ajustados para garantizar una fusión homogénea y una buena calidad superficial en las piezas fabricadas.

Tras la impresión 3D de piezas en cromo cobalto, como con cualquier otro metal, es necesario llevar a cabo varios pasos de postratamiento. En primer lugar, es necesario que las piezas se enfríen lentamente para evitar la aparición de tensiones internas o deformaciones. Después, se realizará la limpieza de las piezas, que incluye el desempolvado así como la eliminación de los soportes de impresión (si se han utilizado). En algunos casos, especialmente en aplicaciones médicas, puede ser necesario aplicar un tratamiento térmico, como el recocido. Esto permite mejorar la estructura cristalina y la resistencia mecánica de la aleación y, por ende, de las piezas. Finalmente, técnicas como el pulido (electrolítico o mecánico) son comunes para obtener una superficie lisa y de alta calidad.

Principales aplicaciones y fabricantes del mercado

Gracias a su resistencia a la corrosión, dureza y biocompatibilidad, la impresión 3D de cromo cobalto se está implementando en multitud de industrias. Su uso destaca principalmente en la fabricación de componentes médicos, como implantes ortopédicos, prótesis dentales y dispositivos quirúrgicos. En estas aplicaciones, las piezas deben tener una alta resistencia mecánica y ser completamente compatibles con el cuerpo humano. Además, se utiliza en la industria aeroespacial y automotriz para la producción de piezas sometidas a condiciones extremas de temperatura y desgaste, como turbinas y componentes de motores.

El cromo cobalto es muy utilizado para aplicaciones médicas y dentales.

Existen varias empresas que, además de ofrecer soluciones de fabricación aditiva, también cuentan con materiales, como el cromo cobalto, compatibles con dichas máquinas. Colibrium Additive (perteneciente a GE Aerospace), es una de las compañías líderes en la fabricación de metales para impresión 3D. Entre otras cosas, desarrolla sus propias aleaciones de CoCr compatibles con sus máquinas L-PBF y EBM. Por su parte, EOS, Eplus3D, Renishaw y 3D Systems, entre otros, también ofrecen polvos de cromo cobalto diseñados y probados para su uso en los sistemas de metal de las empresas.

También cabe destacar algunos proveedores de materiales que ofrecen este material para el sector de la fabricación aditiva. Entre ellos encontramos a Carpenter Additive, con su gama PowderRange® (CCM®-MC y CCM®), y a Sandvik con la gama estándar de polvo metálico Osprey®, que incluye polvo de cromo-cobalto para fabricación aditiva.

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*Créditos foto de portada: PiTch_ / David Doleac